SimpleDateFormat线程不安全了？这里有5种解决方案
摘要：我们知道SimpleDateFormat是线程不安全，本文会介绍多种解决方案来保证线程安全。
本文分享自华为云社区《java的SimpleDateFormat线程不安全出问题了，虚竹教你多种解决方案》，作者：小虚竹 。
场景
在java8以前，要格式化日期时间，就需要用到SimpleDateFormat。
但我们知道SimpleDateFormat是线程不安全的，处理时要特别小心，要加锁或者不能定义为static，要在方法内new出对象，再进行格式化。很麻烦，而且重复地new出对象，也加大了内存开销。
SimpleDateFormat线程为什么是线程不安全的呢？
来看看SimpleDateFormat的源码，先看format方法：
// Called from Format after creating a FieldDelegate
private StringBuffer format(Date date, StringBuffer toAppendTo,
FieldDelegate delegate) {
// Convert input date to time field list
calendar.setTime(date);
...
}问题就出在成员变量calendar，如果在使用SimpleDateFormat时，用static定义，那SimpleDateFormat变成了共享变量。那SimpleDateFormat中的calendar就可以被多个线程访问到。
SimpleDateFormat的parse方法也是线程不安全的：
public Date parse(String text, ParsePosition pos)
{
...
Date parsedDate;
try {
parsedDate = calb.establish(calendar).getTime();
// If the year value is ambiguous,
// then the two-digit year == the default start year
if (ambiguousYear[0]) {
if (parsedDate.before(defaultCenturyStart)) {
parsedDate = calb.addYear(100).establish(calendar).getTime();
}
}
}
// An IllegalArgumentException will be thrown by Calendar.getTime()
// if any fields are out of range, e.g., MONTH == 17.
catch (IllegalArgumentException e) {
pos.errorIndex = start;
pos.index = oldStart;
return null;
}
return parsedDate;
}由源码可知，最后是调用**parsedDate = calb.establish(calendar).getTime();**获取返回值。方法的参数是calendar，calendar可以被多个线程访问到，存在线程不安全问题。
我们再来看看**calb.establish(calendar)**的源码
calb.establish(calendar)方法先后调用了cal.clear()和cal.set(),先清理值，再设值。但是这两个操作并不是原子性的，也没有线程安全机制来保证，导致多线程并发时，可能会引起cal的值出现问题了。
验证SimpleDateFormat线程不安全
public class SimpleDateFormatDemoTest {
private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
public static void main(String[] args) {
//1、创建线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
//2、为线程池分配任务
ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
pool.submit(threadPoolTest);
}
//3、关闭线程池
pool.shutdown();
}
static class ThreadPoolTest implements Runnable{
@Override
public void run() {
String dateString = simpleDateFormat.format(new Date());
try {
Date parseDate = simpleDateFormat.parse(dateString);
String dateString2 = simpleDateFormat.format(parseDate);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2));
} catch (Exception e) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 ");
}
}
}
}
出现了两次false，说明线程是不安全的。而且还抛异常，这个就严重了。
解决方案
解决方案1：不要定义为static变量，使用局部变量
就是要使用SimpleDateFormat对象进行format或parse时，再定义为局部变量。就能保证线程安全。
public class SimpleDateFormatDemoTest1 {
public static void main(String[] args) {
//1、创建线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
//2、为线程池分配任务
ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
pool.submit(threadPoolTest);
}
//3、关闭线程池
pool.shutdown();
}
static class ThreadPoolTest implements Runnable{
@Override
public void run() {
SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
String dateString = simpleDateFormat.format(new Date());
try {
Date parseDate = simpleDateFormat.parse(dateString);
String dateString2 = simpleDateFormat.format(parseDate);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2));
} catch (Exception e) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 ");
}
}
}
}
由图可知，已经保证了线程安全，但这种方案不建议在高并发场景下使用，因为会创建大量的SimpleDateFormat对象，影响性能。
解决方案2：加锁：synchronized锁和Lock锁
加synchronized锁
SimpleDateFormat对象还是定义为全局变量，然后需要调用SimpleDateFormat进行格式化时间时，再用synchronized保证线程安全。
public class SimpleDateFormatDemoTest2 {
private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
public static void main(String[] args) {
//1、创建线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
//2、为线程池分配任务
ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
pool.submit(threadPoolTest);
}
//3、关闭线程池
pool.shutdown();
}
static class ThreadPoolTest implements Runnable{
@Override
public void run() {
try {
synchronized (simpleDateFormat){
String dateString = simpleDateFormat.format(new Date());
Date parseDate = simpleDateFormat.parse(dateString);
String dateString2 = simpleDateFormat.format(parseDate);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2));
}
} catch (Exception e) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 ");
}
}
}
}
如图所示，线程是安全的。定义了全局变量SimpleDateFormat，减少了创建大量SimpleDateFormat对象的损耗。但是使用synchronized锁，
同一时刻只有一个线程能执行锁住的代码块，在高并发的情况下会影响性能。但这种方案不建议在高并发场景下使用
加Lock锁
加Lock锁和synchronized锁原理是一样的，都是使用锁机制保证线程的安全。
public class SimpleDateFormatDemoTest3 {
private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
private static Lock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) {
//1、创建线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
//2、为线程池分配任务
ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
pool.submit(threadPoolTest);
}
//3、关闭线程池
pool.shutdown();
}
static class ThreadPoolTest implements Runnable{
@Override
public void run() {
try {
lock.lock();
String dateString = simpleDateFormat.format(new Date());
Date parseDate = simpleDateFormat.parse(dateString);
String dateString2 = simpleDateFormat.format(parseDate);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2));
} catch (Exception e) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 ");
}finally {
lock.unlock();
}
}
}
}
由结果可知，加Lock锁也能保证线程安全。要注意的是，最后一定要释放锁，代码里在finally里增加了lock.unlock();，保证释放锁。
在高并发的情况下会影响性能。这种方案不建议在高并发场景下使用
解决方案3：使用ThreadLocal方式
使用ThreadLocal保证每一个线程有SimpleDateFormat对象副本。这样就能保证线程的安全。
public class SimpleDateFormatDemoTest4 {
private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>(){
@Override
protected DateFormat initialValue() {
return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
}
};
public static void main(String[] args) {
//1、创建线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
//2、为线程池分配任务
ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
pool.submit(threadPoolTest);
}
//3、关闭线程池
pool.shutdown();
}
static class ThreadPoolTest implements Runnable{
@Override
public void run() {
try {
String dateString = threadLocal.get().format(new Date());
Date parseDate = threadLocal.get().parse(dateString);
String dateString2 = threadLocal.get().format(parseDate);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2));
} catch (Exception e) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 ");
}finally {
//避免内存泄漏，使用完threadLocal后要调用remove方法清除数据
threadLocal.remove();
}
}
}
}
使用ThreadLocal能保证线程安全，且效率也是挺高的。适合高并发场景使用。
解决方案4：使用DateTimeFormatter代替SimpleDateFormat
使用DateTimeFormatter代替SimpleDateFormat（DateTimeFormatter是线程安全的，java 8+支持）
DateTimeFormatter介绍 传送门：万字博文教你搞懂java源码的日期和时间相关用法
public class DateTimeFormatterDemoTest5 {
private static DateTimeFormatter dateTimeFormatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
public static void main(String[] args) {
//1、创建线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
//2、为线程池分配任务
ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
pool.submit(threadPoolTest);
}
//3、关闭线程池
pool.shutdown();
}
static class ThreadPoolTest implements Runnable{
@Override
public void run() {
try {
String dateString = dateTimeFormatter.format(LocalDateTime.now());
TemporalAccessor temporalAccessor = dateTimeFormatter.parse(dateString);
String dateString2 = dateTimeFormatter.format(temporalAccessor);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 ");
}
}
}
}
使用DateTimeFormatter能保证线程安全，且效率也是挺高的。适合高并发场景使用。
解决方案5：使用FastDateFormat 替换SimpleDateFormat
使用FastDateFormat 替换SimpleDateFormat（FastDateFormat 是线程安全的，Apache Commons Lang包支持，不受限于java版本）
public class FastDateFormatDemo6 {
private static FastDateFormat fastDateFormat = FastDateFormat.getInstance("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
public static void main(String[] args) {
//1、创建线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
//2、为线程池分配任务
ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
pool.submit(threadPoolTest);
}
//3、关闭线程池
pool.shutdown();
}
static class ThreadPoolTest implements Runnable{
@Override
public void run() {
try {
String dateString = fastDateFormat.format(new Date());
Date parseDate = fastDateFormat.parse(dateString);
String dateString2 = fastDateFormat.format(parseDate);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 ");
}
}
}
}使用FastDateFormat能保证线程安全，且效率也是挺高的。适合高并发场景使用。
FastDateFormat源码分析
Apache Commons Lang 3.5
//FastDateFormat
@Override
public String format(final Date date) {
return printer.format(date);
}
@Override
public String format(final Date date) {
final Calendar c = Calendar.getInstance(timeZone, locale);
c.setTime(date);
return applyRulesToString(c);
}源码中 Calender 是在 format 方法里创建的，肯定不会出现 setTime 的线程安全问题。这样线程安全疑惑解决了。那还有性能问题要考虑？
我们来看下FastDateFormat是怎么获取的
FastDateFormat.getInstance();
FastDateFormat.getInstance(CHINESE_DATE_TIME_PATTERN);看下对应的源码
/**
* 获得 FastDateFormat实例，使用默认格式和地区
*
* @return FastDateFormat
*/
public static FastDateFormat getInstance() {
return CACHE.getInstance();
}
/**
* 获得 FastDateFormat 实例，使用默认地区<br>
* 支持缓存
*
* @param pattern 使用{@link java.text.SimpleDateFormat} 相同的日期格式
* @return FastDateFormat
* @throws IllegalArgumentException 日期格式问题
*/
public static FastDateFormat getInstance(final String pattern) {
return CACHE.getInstance(pattern, null, null);
}这里有用到一个CACHE，看来用了缓存，往下看
private static final FormatCache<FastDateFormat> CACHE = new FormatCache<FastDateFormat>(){
@Override
protected FastDateFormat createInstance(final String pattern, final TimeZone timeZone, final Locale locale) {
return new FastDateFormat(pattern, timeZone, locale);
}
};
//
abstract class FormatCache<F extends Format> {
...
private final ConcurrentMap<Tuple, F> cInstanceCache = new ConcurrentHashMap<>(7);
private static final ConcurrentMap<Tuple, String> C_DATE_TIME_INSTANCE_CACHE = new ConcurrentHashMap<>(7);
...
}
在getInstance 方法中加了ConcurrentMap 做缓存，提高了性能。且我们知道ConcurrentMap 也是线程安全的。
实践
/**
* 年月格式 {@link FastDateFormat}：yyyy-MM
*/
public static final FastDateFormat NORM_MONTH_FORMAT = FastDateFormat.getInstance(NORM_MONTH_PATTERN);
//FastDateFormat
public static FastDateFormat getInstance(final String pattern) {
return CACHE.getInstance(pattern, null, null);
}
如图可证，是使用了ConcurrentMap 做缓存。且key值是格式，时区和locale（语境）三者都相同为相同的key。
结论
1、不要定义为static变量，使用局部变量
2、加锁：synchronized锁和Lock锁
3、使用ThreadLocal方式
4、使用DateTimeFormatter代替SimpleDateFormat（DateTimeFormatter是线程安全的，java 8+支持）
5、使用FastDateFormat 替换SimpleDateFormat（FastDateFormat 是线程安全的，Apache Commons Lang包支持，java8之前推荐此用法）
